FEST13 esiratta velgede projekteerimine ja valmistamine

Käesolev töö keskendus Formula Student võistlusauto FEST13 esivelgede projekteerimisele, analüüsimisele ning valmistamisele. Lõputöö eesmärgiks oli valmistada piirangutele ja nõuetele vastav konstruktsioon, mida saab rakendada FEST13 võistlusautol. Autori poolt püstitatud uurimisülesanded said täidetud: töös on antud ülevaade erinevatele velje lahendustele; valitud uus konstruktsioon ja kirjeldatud selle teostus; läbiviidud jõudude arvutused ning selle alusel tehtud mudeli tugevusanalüüsil. Lõpuks sai mudel reaalselt valmis ning viidi ka tehnilistele tingimustele vastavusele. Käesoleva töö probleemiks oli eelmise hooaja velje väike kodarate vaheline pindala. Probleemi lahendamiseks tuli leida selline konstruktsioon, mis parandaks seda parameetrit. Läbitöötatud teoreetilise materjali põhjal jõuti järeldusele, et hüdriid või täissüsinik kiust konstruktsiooni ei ole võimalik rakendada nii tehnoloogilistel kui ka majanduslikel põhjustel. Ostutooteid, mis vastavad soovitud parameetritele, samuti ei leitud. Valiti kolmeosaline osandatav konstruktsioon, mille pöiad olid ostutoode ja veljetsenter lõigati CNC tehnoloogia abil ühest toorikust. Püstitatud eesmärgi saavutamiseks tuli leida lahendusi mitmetele tehnilistele probleemidele: kinnitus kaldpinna kaudu, kinnitusavade paiknemine ning keermestamine. Veljetsentrit arendati mitme etapina ning igal etapil tehti FEM analüüsi tulemuse põhjal muudatusi. Projekteerimise käigus esines konstruktsioonilisi probleeme ning edukalt leiti neile lahendused. Selle kõige tulemusena õnnestus kõik olulisemaid parameetrid säilitada, kuid kodaratevahelist pindala suurendada 260 % võrra. Kui konstruktsioon sai valmis esines ka mõningaid puuduseid: keeruline tootmine; kaalu ei säästetud; suurem mass jaotatud väga kaugele velje tsentrist, millega kaasneb ratta inertsi suurenemine. Ajapikku võivad ka tekkida probleemid velje hermeetilisusega. Pöia ja tsentri vahele tuleb panna elastne hürmeetik, mitte liim, mille tardudes tekivad praod ja rõhk rehvi sees langeb.

Current thesis is focused on design, analysis and creation of Formula Student racecar FEST13 front wheel. The purpose of the thesis was the creation of construction according to limitations and recquirements, which could be implemented if FEST13 racecar. The research tasks were accomplished. The overview of different wheel solutions has been represented in thesis; a new construction has been designed and its realization has been described; a calculation of forces acting to the rim has been carried out and according to the results strength analysis has been performed. As a result of the thesis model was produced according to technical requirements. The problem of the thesis was a small free area between the wheel spokes. A solution to improve this parameter needed to be found during this research. According to theoretical material the author concluded that a hybrid or full carbon construction can not be applied both for technological and economical reasons. Finished products from wheel manufacturers according to the technical requirements were also not found. There was selected a three piece rim construction, where the rim shells were a finished products and the centre was CNC milled from a prism-shaped Alumec preform. To acomplish the task solutions for technical problems needed to be found: the stated objective needed solutions for several technical problems: attachment via sloping surface, the location of mounting holes and threading. The wheel centres were developed in multiple stages and at every stage corrections were made according to FEA analysis. During the design process the existing constructional problems were solved successfully. As a result the weight of the rim remained 2,1 kg, but the free area between the spokes grew by 260%. Also, some minor disadvantages of designed rim occurred: complicated manufacturing; rim weight did not decrease, but the moment of inertia increased; and there is a chance of air leakages.